子科生物報道：高效便捷的基因組操縱技術(shù)可推動病原菌致病機理的研究。水稻是世界上主要的糧食作物，由水稻白葉枯菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的水稻白葉枯病是威脅水稻生產(chǎn)的主要病害之一。近日，中國科學院微生物研究所的邱金龍團隊利用水稻白葉枯菌內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)，建立了高效的基因組編輯方法，實現(xiàn)了對白葉枯菌的精準遺傳修飾，相關(guān)研究成果以“Highly efficient genome editing in Xanthomonas oryzae pv. oryzae through repurposing the endogenous type I-C CRISPR-Cas system”發(fā)表在Molecular Plant Pathology雜志上。 

　　水稻白葉枯菌基因組中存在唯一一個CRISPR-Cas系統(tǒng)，根據(jù)其特征它屬于I-C型。RNA-Seq的實驗數(shù)據(jù)證實該CRISPR-Cas系統(tǒng)重要組分的編碼基因在白葉枯菌中被轉(zhuǎn)錄，表明其可能具有生物學功能。 

　　通過生物信息分析并結(jié)合質(zhì)粒干擾實驗，研究人員鑒定了該CRISPR-Cas系統(tǒng)識別的PAM（protospacer adjacent motif）為5’-TTN-3’和5’-CTC-3’。他們利用設(shè)計靶向目的基因的向?qū)NA及同時提供修復模板DNA，此內(nèi)源CRISPR系統(tǒng)可實現(xiàn)基因編輯，然而效率較低，很大程度是由于水稻白葉枯菌自身的同源重組效率低下。 

　　為進一步提高編輯效率，研究人員引入了外源λ-Red重組系統(tǒng)，從而獲得了高效的多種基因組編輯，包括基因敲除、基因插入、堿基替換和基因替換。更為重要的是，基于Cas3核酸酶單向持續(xù)性降解DNA的特點，研究人員利用該內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)可在白葉枯菌基因組上實現(xiàn)長達212 kb的大片段刪除。這一高效的基因組編輯方法可助力以水稻-白葉枯菌為模式系統(tǒng)的植物免疫研究。 此外，基于內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)的基因組編輯不需要遞送多個編輯元件，極大簡化了基因編輯的流程和難度。因此，該策略也應(yīng)同樣適用于其他含有內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)的植物病原細菌，從而推動不同病原菌的功能基因組學研究。 

　　邱金龍研究組的博士研究生姜丹丹、博士后張丹丹和助理研究員李盛楠為該文章的共同第一作者，邱金龍研究員為通訊作者。此項研究得到了中國科學院戰(zhàn)略先導性專項、中國科學院大學生物互作卓越中心和國家自然科學基金等項目經(jīng)費的資助。 

　　圖. 基于內(nèi)源CRISPR-Cas系統(tǒng)實現(xiàn)高效的水稻白葉枯菌的基因組編輯